Кіріспе
Ұшқыштар туысы (Drosophila) — Drosophilidae тұқымдасына жататын ұшқыштар туысы. Оның мүшелерін көбінесе «кішкентай жеміс ұшқыштары» немесе шөптесін, сірке суы немесе шарап ұшқыштары деп атайды, бұл атау көптеген түрлердің тым пісіп кеткен немесе шіріген жемістердің маңында жиналу қабілетімен байланысты. Оларды Tephritidae отбасымен шатастырмау керек, ол да туысқан отбасы және оны жеміс шыбын-шіркейлері деп те атайды (кейде «нағыз жеміс шыбын-шіркейлері» деп атайды); тефритидтер көбінесе пісіп-жетілмеген немесе піскен жемістермен қоректенеді, және көптеген түрлері зиянды ауыл шаруашылық зиянкестері саналады, әсіресе Жерорта теңізі жеміс шыбын-шіркейлері. Дрозофиланың бір түрі, атап айтқанда D. melanogaster, генетика саласында зерттеулерде кеңінен қолданылады және даму биологиясында жиі қолданылатын модельдік организм болып табылады. Қазіргі биологиялық әдебиетте «жеміс ұшқышы» және «Дрозофила» терминдері көбінесе D. melanogaster-мен мағынасы бірдей қолданылады. Дегенмен, бүкіл туыс 1500-нан астам түрді қамтиды және пішіні, мінез-құлқы және көбею ортасы бойынша өте алуан түрлі.
the entire genus
Drosophila (/d//r//ə/'/s//ɒ//f//ᵻ//l//ə//, //d//r//ɒ// //, //d//r//oʊ// /) is a genus of flies, belonging to the family Drosophilidae, whose members are often called "small fruit flies" or pomace flies, vinegar flies, or wine flies, a reference to the characteristic of many species to linger around overripe or rotting fruit. They should not be confused with the Tephritidae, a related family, which are also called fruit flies (sometimes referred to as "true fruit flies"); tephritids feed primarily on unripe or ripe fruit, with many species being regarded as destructive agricultural pests, especially the Mediterranean fruit fly. One species of Drosophila in particular, D. melanogaster, has been heavily used in research in genetics and is a common model organism in developmental biology. The terms "fruit fly" and "Drosophila" are often used synonymously with D. melanogaster in modern biological literature. The entire genus, however, contains more than 1,500 species and is very diverse in appearance, behavior, and breeding habitat.
Этимология
"Дрозофила" термині "жұмбақты жақсы көретін" дегенді білдіреді, бұл грек тіліндегі δρόσος, drósos, "жұмбақ" және φιλία, philía, "жақсы көруші" сөздерінен алынған қазіргі ғылыми латын тіліне бейімделген нұсқасы.
Морфология
Дрозофилалар - кішкентай шыбыздар, әдетте ашық сарыдан қызғылт қоңырға дейін, тіпті қара түсті болады, және қызыл көздері бар. Көздерін (негізінен линзалардың қабықшасы) алып тастағанда, ми ашылады. Дрозофила миының құрылымы мен функциясы дерлік личинка кезеңінен ересекке дейін дамып, қартайып өзгереді. Ми құрылымдарының дамуы оларды нейрогенетикалық зерттеулер үшін ең қолайлы нысанға айналдырады. Көптеген түрлердің, соның ішінде атақты Гавайи сурет қанаттыларының қанаттарында ерекше қара үлгілер кездеседі. Қауырсын тәрізді ариста, бас және кеуде қуысының қылтанды қабығы, қанат тамырлары – бұл тұқымды анықтауға қолданылатын белгілер. Көбісі кішкентай, шамамен ұзын, бірақ кейбіреулері, әсіресе Гавайи түрлерінің көпшілігі, үй шыбызынан ірілеу болады.
Таңдау
Дрозофиланың геномы жоғары дәрежеде таңдауға, әсіресе басқа таксондармен салыстырғанда ерекше кең таралған теріс таңдауға ұшырайды. Геномның көп бөлігі қандай да бір таңдаудың әсеріне түседі, ал оның басым бөлігі кодталмаған ДНК-да жүзеге асырылады. Тиімді популяция мөлшерінің теріс және оң таңдаудың нәтижесімен оң байланыста екендігі сенімді түрде көрсетілген. Рекомбинация әртүрліліктің маңызды көзі болуы мүмкін. Кроссовердің D. популяцияларындағы полиморфизммен оң корреляцияға ие екенін көрсететін дәлелдер бар. Олар шөлдерде, тропикалық орманды аймақтарда, қалаларда, батпақтарда және альпілік аймақтарда табылған. Кейбір солтүстік түрлері қыстайды. Солтүстік түрі D. montana суыққа ең жақсы бейімделген және көбінесе биік тауларда кездеседі. Көптеген түрлер әртүрлі шіріген өсімдік және саңырауқұлақ материалдарында көбейеді, оның ішінде жемістерде, қабықта, шырышты ағындарда, гүлдерде және саңырауқұлақтарда. Жеміс өсіретін дрозофила түрлері ашыту өнімдеріне, әсіресе этанол мен метанолға тартылады. Дрозофила түрлері пайдаланатын жемістердің арасында ферментация кезінде қанша спирт түзілетінін көрсететін жоғары пектин концентрациясы бар жемістер бар. Осы санатқа цитрус, моринда, алма, алмұрт, шафран және апталар жатады. Кем дегенде бір түрдің дернәсілдері, D. suzukii, сондай-ақ жаңа жемістермен қоректене алады және кейде зиянкес болуы мүмкін. Аз ғана түрлер паразиттерге немесе хищниктерге айналды. Көптеген түрлер ашытылған банандардан немесе саңырауқұлақтардан жасалған әртүрлі жемдерге тартылады, бірақ басқалары ешқандай жемге қызығушылық танытпайды. Еркектер аналықтар үшін бәсекелесу үшін қолайлы көбею субстратының бөліктерінде жиналады немесе жекеленген жерлерде ұсыну рәсімдерін өткізе отырып, лектер құрайды. Бірнеше Drosophila түрлері, соның ішінде Drosophila melanogaster, D. immigrans және D. simulans адамдармен тығыз байланысты және олар көбінесе үй жануарлары деп аталады. Бұл және басқа да түрлер (D. subobscura және туысқан туысы Zaprionus indianus) адамның жеміс тасымалы сияқты қызметі арқылы әлемге кездейсоқ түрде таратылды.
Көбею
Бұл туыстың еркектері Жер бетінде зерттелген кез келген организмнің ең ұзын сперматозоидтарына ие екені белгілі, соның ішінде бір түрі – Drosophila bifurca, оның сперматозоидтары өте ұзын. Жасушалардың көп бөлігі ұзын, жіп тәрізді құйрықтан тұрады және әйелдерге араласып, оралған күйде жеткізіледі. Drosophila туысының басқа өкілдері де салыстырмалы түрде аз гигант сперматозоидтар жасайды, ал D. bifurca-дағы сперматозоидтар ең ұзыны болып табылады. D. melanogaster сперматозоидтарының ұзындығы 1,8 мм-ге жетеді, дегенмен бұл көрсеткіш адам сперматозоидынан 35 есе ұзын. D. melanogaster түрлер тобының бірнеше түрі травматикалық ұрықтандыру арқылы көбейеді. Drosophila түрлерінің көбею қабілеті әртүрлі. Мысалы, D. melanogaster сияқты, үлкен және сирек кездесетін ресурстарда көбейтіндердің аналық бездері бір мезгілде 10-20 жұмыртқа пісіп-жетіледі, оларды бір жерге жинап салуға мүмкіндік береді. Ал жапырақ сияқты көп, бірақ қоректік құндылығы төмен субстраттарда көбейтіндер күніне бір жұмыртқа ғана салады. Жұмыртқаның алдыңғы бөлігінде бір немесе бірнеше тыныс алу талшықтары болады, олардың ұштары беттен жоғары созылып, эмбрионға оттегі жеткізеді. Дернәсілдер өсімдіктің өзімен емес, шіруші субстраттағы ашытқылар мен микроорганизмдермен қоректенеді. Даму уақыты түрлер арасында кең ауқымды (7 күнден 60 күндікке дейін) өзгеріп, температура, көбею субстраты және тығыздық сияқты қоршаған орта факторларына байланысты. Жеміс шыбындары қоршаған ортаның циклдарына жауап ретінде жұмыртқа салады. Тірі қалу ықтималдығы жоғары уақытта (мысалы, түнде) салынған жұмыртқалар, басқа уақытта (мысалы, күндіз) салынған жұмыртқаларға қарағанда көбірек дернәсіл береді. Барлық басқа да жағдайлар тең болғанда, осы «тиімді» уақытта жұмыртқа салу әдеті, басқа уақытта жұмыртқа салуға қарағанда көбірек тірі қалған ұрпақ пен немерелерге жол ашады. Бұл репродуктивтік сәттіліктің айырмашылығы D. melanogaster-ді қоршаған ортаның циклдарына бейімделуге итермелейді, өйткені бұл мінез-құлықта үлкен репродуктивтік артықшылық бар. Олардың орташа өмір сүру ұзақтығы 35-45 күнге жетеді.
Қартаю
ДНҚ зақымдануы жас өскен сайын дрозфиланың ішек түбір жасушаларында жинақталады. Дрозофиланың ДНҚ зақымдануына жауап беру қабілетіндегі кемшіліктер, оның ішінде ДНҚ зақымдануын жөндеуге қатысқан гендердің экспрессиясындағы кемшіліктер, ішек түбір жасушаларының (энтероциттердің) қартаюын жылдамдатады. Шарплесс және Депинхо жасушалардың іштей қартаюын көрсететін деректерді қарастырып, түбір жасушалардың ДНҚ зақымдануы салдарынан, ішінара, қартайып қалады деген пікір білдірді.
Сүйісу жүріс-тұрысы
Келесі бөлім Drosophila simulans және Drosophila melanogaster түрлеріне негізделген. Еркек дрозофиланың құдалану мінез-құлқы – тартымды қасиет. Ұрғашылар еркектің көрсеткен мінез-құлқына жауап береді. Еркек және ұрғашы дрозофилалар әлеуетті серіктің құдалануға дайындығын бастау және бағалау үшін әртүрлі сезімталдық сигналдарды пайдаланады. Сигналдарға келесі әрекеттер жатады: орналасу, феромон бөлінуі, ұрғашыларды қуу, аяқтарымен соққылау дыбыстарын шығару, ән салу, қанаттарын жаю, қанатты дірілдету, жыныс мүшелерін тілдеу, қарынды бүктеу, жұптасуға тырысу және жұптасу актісінің өзі. Фру мутациясы бар еркек дрозофилалар өздерінің құдалануын әдеттегідей ұрғашыларға емес, басқа еркектерге бағыттайды. Фру мутациясының жоғалуы әдеттегі құдалану мінез-құлқына қайта оралуына әкеледі. Бұл феромондар – триацилглицеридтер, олар тек еркектердің шәуегінен бөлінеді және жұптасу кезінде ұрғашыларға беріледі. Феромондардың функциясы – ұрғашыларды басқа еркектерге тартымсыз ету арқылы олардың құдалануын тежеу.
Көптілік
Келесі бөлім мына Drosophila түрлеріне негізделген: Drosophila serrata, Drosophila pseudoobscura, Drosophila melanogaster және Drosophila neotestacea. Полиандрия Drosophila-да кең таралған жұптасу жүйесі болып табылады. Әйелдердің бірнеше жыныстық серіктеспен жұптасуы Drosophila үшін тиімді жұптасу стратегиясы болып келген.
Спермалық бәсекелестік
Келесі бөлім мына Drosophila түрлеріне негізделген: Drosophila melanogaster, Drosophila simulans және Drosophila mauritiana. Спермалық бәсекелестік – полиандрозды Drosophila аналықтарының ұрпақтарының сәйкестігін арттыру үшін пайдаланатын процесс. Аналық Drosophila-да екі сперма сақтау органы бар: сперматека және сперма қабылдағыш, олар оған жұмыртқаларын ұрықтандыру үшін қолданылатын сперматозоидтарды таңдауға мүмкіндік береді. Аналықтар жасырын аналық таңдауына келетінде шектеулі бақылауға ие.
Партеногенез және гиногенез
Партеногенез D. melanogaster-де кездеспейді, бірақ gyn f9 мутантында гиногенез сирек кездеседі. D. mangebeirai-дың табиғи популяциясы толығымен ұрғашылардан тұрады, осылайша ол Drosophila тұқымдасының міндетті түрде партеногенездік түріне айналады. Партеногенез партеногенетикада және меркаторда факультативті болып табылады.
Зертханада өсірілген жануарлар
D. melanogaster – танымал эксперименттік жануар, себебі оны жабайы табиғаттан көптеп өсіру оңай, ұрпақ алмасу уақыты қысқа және мутант жануарларды алу ыңғайлы. 1906 жылы Томас Хант Морган D. melanogaster бойынша жұмысын бастады және 1910 жылы академиялық қауымдастыққа ақ көзді мутантты алғаш рет тапқанын хабарлады. Ол генетикалық мұрагерліктерді зерттеу үшін үлгілік организм іздеді және ересек жануарда морфологиялық өзгерістер түрінде көрінетін генетикалық мутацияны кездейсоқ жиналайтын түр қажет болды. Дрозофила бойынша оның жұмысы 1933 жылы хромосомаларды гендердің мұрагерлік векторы ретінде анықтағаны үшін Нобель сыйлығына ие болды. Бұл және басқа да дрозофила түрлері генетика, эмбриогенез, хронобиология, түрлену, нейробиология және басқа да салаларды зерттеуде кеңінен қолданылады. Дегенмен, Drosophila түрлерінің кейбіреулерін зертханада өсіру қиын, көбінесе олар жабайы табиғатта бір ғана қожайынмен көбейеді. Кейбіреулері үшін бұл өсіру ортасының арнайы рецептерімен немесе табиғи қожайында кездесетін стеролдар сияқты химиялық заттарды енгізу арқылы іске асырылуы мүмкін; ал кейбіреулері үшін (қазірге дейін) мүмкін емес. Кейбір жағдайларда дернәсілдер қалыпты Drosophila зертханалық ортасында дами алады, бірақ аналықтары жұмыртқа салмайды; мұндай жағдайларда жұмыртқа алу үшін табиғи қожайынның кішкентай бөлігін қою жеткілікті. Нью-Йорк штатының Итака қаласындағы Корнелл университетінде орналасқан Дрозофила түрлерінің қоры орталығы зерттеушілер үшін жүздеген түрлердің мәдениетін сақтайды.
Генетикалық зерттеулерде қолдану
Дрозофила – ең құнды генетикалық модельдердің бірі болып саналады; ересектер де, эмбриондар да тәжірибелік модельдер ретінде қолданылады. Дрозофила генетикалық зерттеулер үшін өте қолайлы, себебі адам және жеміс шыбығының гендері арасындағы байланыс өте тығыз. Адам мен жеміс шыбығының гендері соншалықты ұқсас, адамда ауру тудыратын гендер шыбықтың гендерімен байланысты болуы мүмкін. Дрозофиланың төрт хромосомасында шамамен 15 500 ген бар, ал адамның 23 хромосомасында 22 000 ген бар. Осылайша, дрозофиладағы бір хромосомаға шаққандағы гендердің тығыздығы адам геномынан жоғары. Хромосомалардың аз саны және оларды басқарудың қарапайымдығы дрозофила түрлерін зерттеуді жеңілдетеді. Бұл шыбықтар да генетикалық ақпаратты алып жүреді және адамдарға ұқсас белгілерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізеді. Бұл белгілерді әртүрлі дрозофила туыстамалары арқылы зерттеуге болады, ал алынған нәтижелерді адамдардағы генетикалық үрдістерді анықтау үшін пайдалануға болады. Дрозофилаға қатысты жүргізілген зерттеулер көптеген организмдерде гендердің берілу ережелерін анықтауға көмектеседі. Ромбоид протеазалары алғаш рет дрозофилада табылды, бірақ кейіннен эукариоттарда, митохондрияларда және бактерияларда жоғары сақталғандығы анықталды. Меланиннің ДНК-ны иондаушы сәулеленуден қорғау қабілеті дрозофилада, соның ішінде 1985 жылы Хопвуд және авторлар тобы жасаған алғашқы зерттеуде кеңінен көрсетілді.
Микробиомы
Басқа жануарлар сияқты, дрозофила да ішегіндегі әртүрлі бактериялармен байланысты. Дрозофиланың ішек микробиотасы немесе микробиомы оның дене шынықтыру қабілеті мен өмірлік цикл сипаттамаларына маңызды әсер етеді. Дрозофиланың ішегіндегі микробиота – қазіргі кезде қарқынды зерттеліп жатқан сала. Дрозофила түрлерінде, сондай-ақ, тік жолмен берілетін эндосимбионттар бар, мысалы, Вольбахия және Спироплазма. Бұл эндосимбионттар репродуктивті манипуляторлар рөлінде әрекет ете алады, мысалы, Вольбахияның тудырған цитоплазмалық қақтығысы немесе D. melanogaster Spiroplasma poulsonii (MSRO деп аталады) еркектерді өлтіруге себеп болуы мүмкін. D. melanogaster MSRO штаммының еркектерді өлтіру факторы 2018 жылы ашылды, бұл ондаған жылдар бойы шешілмей келген еркектерді өлтіру себебінің құпиясын ашты. Бұл – еукариоттық жасушаларға жынысына қарай әсер ететін алғашқы бактериялық фактор және еркектерді өлтіру фенотипіне байланысты анықталған алғашқы механизм. Олар өз иелерін инфекциядан қорғай алады. Дрозофила Вольбахиясы инфекция кезінде вирус жүктемесін азайтады және вирустық ауруларды (мысалы, денге қызуын) бақылау механизмі ретінде зерттелуде, бұл Вольбахияны ауру тасымалдаушы масаларға беру арқылы жүзеге асырылады. Drosophila neotestacea-ның S. poulsonii штаммы иесін паразиттік кенелер мен нематодалардан, иеге зиян келтірмей, тек паразиттерге шабуылдайтын токсиндерді пайдалану арқылы қорғайды. Дрозофила түрі – ең көп қолданылатын модельдік организмдердің бірі болғандықтан, генетикада кеңінен қолданылып келеді. Дегенмен, температура сияқты абиотикалық факторлардың дрозофила түрлерінің микробиомына тигізетін әсеріне соңғы кезде үлкен қызығушылық тудырып отыр. Температураның белгілі бір өзгерістері микробиомға әсер етеді. Жоғары температура (31°C) төмен температурамен (13°C) салыстырғанда Drosophila melanogaster-дің ішек микробиомында Ацетобактерия популяциясының артуына әкелетіні байқалды. Төмен температурада (13°C) дрозофилалар суыққа төзімдірек болады және Вольбахияның ең жоғары концентрациясына ие болады. Ішектегі микробиомды организмдер арасында трансплантациялауға болады. Drosophila melanogaster төмен температурада өсірілген Drosophila melanogaster-дің ішек микробиомымен трансплантацияланғанда суыққа төзімділігі артатыны анықталды. Бұл ішек микробиомының физиологиялық процестермен байланысты екенін көрсетеді. Сонымен қатар, микробиом агрессия, иммунитет, жұмыртқа салу, қозғалыс және метаболизмде рөл атқарады. Агрессияға келетін болсақ, ол жұптасу кезінде белгілі бір дәрежеде рөл атқарады. Жбайы типті еркектермен салыстырғанда, микробиомы жоқ дрозофилалардың бәсекеге қабілеті төмен екені байқалды. Дрозофила түрлерінің микробиомы октапаминдік OA сигнализациясы арқылы агрессияны күшейтеді. Микробиом осы жеміс шырынының әлеуметтік өзара әрекеттеріне, әсіресе жұптасу және көбейту кезінде байқалатын агрессивті мінез-құлыққа әсер етеді.
Жыртқыш жануарлар
Дрозофила түрлері көптеген бейтарап жемқорлардың қорегі болып табылады, мысалы, тонаушы шыбындар. Гавайиде АҚШ материгінен сары желекшелердің әкелінуі көптеген ірі түрлердің санының азаюына себеп болды. Личинкалар басқа шыбындардың дернәсілдері, стафилинід қоңыздары және құмырсқалармен қоректенеді.
Нейрохимия
Көптеген эукариоттардағыдай, осы туыс SNARE-терді экспрессиялайтыны белгілі, және басқа бірнеше туыста SNARE кешенінің компоненттері шамалы ауыстырылатыны мәлім: SNAP 25-тің (нейрондық SNARE-тердің бір компоненті) жоғалуы өлімге алып келеді, бірақ SNAP 24 оны толыққанды алмастыра алады. Тағы бір мысал ретінде, синапстарда әдетте кездеспейтін R SNARE синаптробревиннің орнына қолданылуы мүмкін.